Question

4．研究NO₂、SO₂、CO等大氣污染氣體的處理具有重要意義．
（1）NO₂可用水吸收，相應的化學反應方程式為3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，利用反應6NO₂+8NH₃$?_{加熱}^{催化劑}$7N₂+12H₂O也可處理NO₂，當轉移1.2mol電子時，消耗的NO₂在標準狀況下是6.72L．
（2）已知：2SO₂（g）+O₂（g）$?_{加熱}^{催化劑}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
則反應SO₂（g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=-41.8kJ•mol^-1
一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：2置于密閉容器中發(fā)生上述反應，下列能說明反應達到平衡狀態(tài)的是BC（填字母）
A．體系壓強保持不變               B．混合氣體顏色保持不變
C．SO₂和NO的體積比保持不變      D．每消耗1molSO₃的同時生成1mol NO₂
測得上述反應平衡時NO₂與SO₂體積比為1：6，則平衡常數K=$\frac{8}{3}$
（3）CO可用于合成甲醇，反應方程式為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），CO在不同溫度下的平衡轉化率與壓強的關系如圖所示．該反應△H＜0（填“＞”或“＜”），實際生產條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強的理由是在1.3×10⁴kPa下，CO的轉化率已較高，再增大壓強CO的轉化率提高不大，而生產成本增加得不償失．

Answer 1

分析 （1）根據物質與水的反應物與生成物來書寫化學反應方程式，再利用氧化還原反應中電子轉移計算，然后計算標準狀況下氣體的體積；
（2）利用蓋斯定律計算反應熱，得到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變；平衡常數K=$\frac{c（S{O}_{3}）c（NO）}{c（N{O}_{2}）c（S{O}_{2}）}$；
（3）利用化學平衡的影響因素和工業(yè)生產的關系來分析，由圖可知，溫度升高，CO的轉化率降低，平衡向逆反應方向移動，故逆反應是吸熱反應，正反應是放熱反應，△H＜0；壓強大，有利于加快反應速率，有利于使平衡正向移動，但壓強過大，需要的動力大，對設備的要求也高．

解答 解：（1）NO₂與H₂O反應的方程式為：3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO；6NO₂+8NH₃═7N₂+12H₂O，當反應中有1 mol NO₂參加反應時，共轉移了4 mol電子，故轉移12mol電子時，消耗的NO₂為12÷4×22.4L=67.2L，
故答案為：3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO；67.2；
（2）已知：①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1，利用蓋斯定律將①×$\frac{1}{2}$-②×$\frac{1}{2}$得NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
△H=$\frac{1}{2}$×（-196.6kJ•mol^-1）-$\frac{1}{2}$×（-113.0kJ•mol^-1）=-41.8kJ•mol^-1，
A．無論是否達到平衡，體系壓強都保持不變，不能用于判斷是否達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．混合氣體顏色保持不變，說明濃度不變，達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．SO₂和NO的體積比保持不變，說明一氧化氮消耗和二氧化硫消耗相同，在化學方程式定量關系可知，證明反應正逆反應速率相同，能判斷是否達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．物質的量之比等于化學計量數之比，則每消耗1mol SO₃的同時生成1molNO₂，反應逆向進行不能判斷是否達到平衡狀態(tài)，故D錯誤．
                          NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
起始物質的體積 a             2a                0                0
轉化物質的體積 x               x                 x               x
平衡物質的體積 a-x        2a-x               x                 x
平衡時NO₂與SO₂體積比為1：6，即$\frac{a-x}{2a-x}$=1；6，故x=$\frac{4}{5}$a，
故平衡常數K=$\frac{c（S{O}_{3}）c（NO）}{c（N{O}_{2}）c（S{O}_{2}）}$=$\frac{{x}^{2}}{（a-x）（2a-x）}$=$\frac{（\frac{4}{5}a）^{2}}{（a-\frac{4}{5}a）（2a-\frac{4}{5}a）}$=$\frac{8}{3}$，
故答案為：-41.8，BC； $\frac{8}{3}$；
（3）由圖可知，溫度升高，CO的轉化率降低，平衡向逆反應方向移動，故逆反應是吸熱反應，正反應是放熱反應，△H＜0；壓強大，有利于加快反應速率，有利于使平衡正向移動，但壓強過大，需要的動力大，對設備的要求也高，故選擇250℃、1.3×104kPa左右的條件．因為在250℃、壓強為1.3×10⁴ kPa時，CO的轉化率已較大，再增大壓強，CO的轉化率變化不大，沒有必要再增大壓強．
故答案為：＜，在1.3×10⁴kPa下，CO的轉化率已較高，再增大壓強CO的轉化率提高不大，而生產成本增加得不償失．

點評 本題以NO₂、SO₂、CO等物質為載體，綜合考查化學平衡移動、平衡常數、蓋斯定律以計算等問題，側重于學生綜合運用化學知識的能力的考查，題目難度中等．